一种能缓和风荷载的自平衡索网结构的制作方法

本发明涉及一种能缓和风荷载的自平衡索网结构，属于结构工程技术领域。

背景技术：

近年来，由于我国电力事业的发展和环保要求，传统的煤炭散堆方式被封闭储存所取代，干煤棚得到了广泛的建设，跨度也越来越大。目前常见的干煤棚结构形式主要包括平面网架、柱面网壳以及普通的索网结构等。其中平面网架、柱面网壳属于刚性结构，相较于柔性结构在自重和用钢量上有着明显的劣势，而且构件制作工作量大，施工周期长，临时措施费较高；而普通的索网结构，对索预张力的张拉也有着较高的要求，施工张拉需要耗费大量的人力和设备资源，而且也需要由专业的施工队伍完成。此外，普通索网结构由于柔性索结构自重轻，对风荷载作用比较敏感，结构设计也较刚性结构难度大。若能设计这样一个索网结构，在风荷载作用下能产生较大的位形变化从而达到改变风荷载作用方向及幅值的效果，进而降低拉索内力，提高索网结构的设计效率将是很好的选择。另外，若能使索网结构的索力锚固在结构体系内部的刚性构件上，使其形成自平衡受力体系，将会避免拉索锚固在地面或基础而造成基础设计及施工费用的增加并简化基础设计。

基于上述考虑，本发明提出了一种能缓和风荷载的自平衡索网结构，并具有如下优点：(1)索网结构在风荷载作用下，可通过端部钢拱绕其拱脚连线的转动使索网结构产生较大的位形变化。正是由于这种位形变化，可大幅降低索网结构承受的风荷载，导致其拉索始终在低应力状态下工作。(2)通过设置端部面外铰接钢拱和承重索悬挂配重的方式，可自动施加拉索预应力而不需要专有的张拉设备。既能省去拉索的预应力张拉作业，也能通过配重快速施工成型；(3)由于拉索拉力以及拱脚反力完全由设置在地面的纵向和横向梁系平衡，使其整体结构完全成为一个自平衡受力体系，大大简化了基础设计与传力；(4)索网下料及编织(节点定位与连接)以及钢拱制作均在工厂完成；在工地现场，钢拱可在地面拼装并采用整体起扮的安装方案，拉索张拉也仅通过施加配重完成，因而整个工程建设完全实现了现场装配化作业。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提出的一种能缓和风荷载的自平衡索网结构，其特征在于，所述自平衡索网结构主要包括：中部钢拱、端部钢拱、纵向地梁、横向地梁、承重索、稳定索和配重；所述中部钢拱设在自平衡索网结构纵向的中部，且可根据实际结构长度选取单道或多道设置；所述端部钢拱倾斜设置在索网结构端部；所述纵向地梁沿索网结构纵向设置在所述端部钢拱和中部钢拱拱脚之下，并作为所述端部钢拱和中部钢拱拱脚的锚固点；所述横向地梁横向连接于所述端部钢拱和中部钢拱拱脚之间，起到平衡拱脚推力的作用；所述承重索沿索网结构纵向通长布置；所述稳定索沿索网结构横向布置，端部锚固于所述纵向地梁中，并与所述承重索连接形成双曲抛物面索网承担风荷载；所述配重悬挂于所述承重索两端，并隐蔽在地面以下。

在上述自平衡索网结构中，所述中部钢拱采用空间钢管桁架拱，当多道设置时，中间一道两端面外固支，其余两端面外铰接，且在所有中部钢拱上弦杆节点处设置u型夹，所述承重索通过u型夹与中部钢拱连接。

在上述自平衡索网结构中，，所述端部钢拱采用空间钢管桁架拱，两端面外铰接，在所有端部钢拱上弦杆节点处设置u型夹，所述承重索通过u型夹与端部钢拱连接。

在上述自平衡索网结构中，，所述纵向地梁和横向地梁采用钢筋混凝土地梁或钢骨混凝土地梁。

本发明提出的能缓和风荷载的自平衡索网结构，主要具备如下优点：

(1)该索网结构同样具备一般索网结构在自重和用钢量上的优势；且该索网结构在承受风荷载时，端部钢拱可绕其拱脚连线转动，从而使得整个索网结构的位形随风荷载而变化，这种位形变化将影响风荷载的分布和幅值，为整体结构卸去(缓和)一部分风荷载，从而进一步降低结构的用钢量和自重。

(2)整个结构具有自平衡受力特点。端部和中部钢拱的拱脚推力通过横向地基梁平衡；稳定索锚固在纵向地基梁上且纵向地基梁将反力传给钢拱，稳定索向承重索施加下压力且承重索把其传到钢拱上，二力通过钢拱平衡，钢拱主要在其自身平面内受力。因而整体结构(包括索网与钢拱)设计可以做到轻巧且高效，从而降低成本。

(3)在设计方面，该结构中的承重索贯通全长且在端部与配重连接，因而在任何荷载工况下索力始终保持为恒定值，使得承重索的设计更简单和精确。

(4)在施工方面，承重索端部的配重可以起到施加预应力的效果，配合合理的施工方法可以实现完全避免张拉施工作业；中部和端部钢拱可采用地面拼接，整体起扮的施工方法；总体而言相较于一般索网结构，该索网结构施工便捷，可大大缩短施工周期并降低施工措施费。

附图说明

图1为所述能缓和风荷载的自平衡索网结构的三维图；

图2为所述能缓和风荷载的自平衡索网结构的侧视图；

图3为所述承重索和稳定索的三维图；

图4为所述中部钢拱(刚接)的三维图；

图5为所述端部钢拱(铰接)的三维图；

图6为所述承重索与钢拱的连接图。

具体实施方式

下面结合附图1～6，详细说明本发明的实施方式。

如图1、2所示，一种能缓和风荷载的自平衡索网结构包括以下部件：

1——中部钢拱；

2——端部钢拱；

3——纵向地梁；

4——横向地梁；

5——承重索；

6——稳定索；

7——配重；

如图1、2、3所示，一种能缓和风荷载的自平衡索网结构由中部钢拱1、端部钢拱2、纵向地梁3、横向地梁4、承重索5、稳定索6和配重7组成。中部钢拱1设在结构纵向的中部，且可根据实际结构长度选取单道或多道设置；端部钢拱2倾斜设置在结构端部；纵向地梁3沿结构纵向设置在端部钢拱2和中部钢拱1拱脚之下，并作为端部钢拱2和中部钢拱1拱脚的锚固点；横向地梁4横向连接于端部钢拱2和中部钢拱1拱脚之间，起到平衡拱脚推力的作用；承重索5沿结构纵向通长布置；稳定索6沿结构横向布置，端部锚固于纵向地梁3中，并与承重索5连接形成双曲抛物面索网承担风荷载；配重7悬挂于承重索5两端，并隐蔽在地面以下。

如图4、6所示，中部钢拱1采用空间钢管桁架拱，当多道设置时，中间一道两端面外固支，其余两端面外铰接，且在所有中部钢拱1的上弦杆9节点处设置u型夹8，承重索5通过u型夹8与中部钢拱1连接。

如图5、6所示，端部钢拱2采用空间钢管桁架拱，两端面外铰接，在所有端部钢拱2的上弦杆9节点处设置u型夹8，承重索5通过u型夹8与端部钢拱2连接。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种能缓和风荷载的自平衡索网结构，属于结构工程技术领域。该自平衡索网结构包括中部钢拱、端部钢拱、纵向地梁、横向地梁、承重索、稳定索和配重。中部钢拱设在结构纵向的中部，且可根据实际结构长度选取单道或多道设置；端部钢拱倾斜设置在结构端部；纵向地梁沿结构纵向设置在端部钢拱和中部钢拱拱脚之下，并作为端部钢拱和中部钢拱拱脚的锚固点；横向地梁横向连接于端部钢拱和中部钢拱拱脚之间，起到平衡拱脚推力的作用；承重索沿结构纵向通长布置；稳定索沿结构横向布置，端部锚固于纵向地梁中，并与承重索连接形成双曲抛物面索网承担风荷载；配重悬挂于承重索两端，并隐蔽在地面以下。该结构是一种高效、经济的新型结构体系。

技术研发人员：郭彦林;章友浩;朱靖申
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2017.09.18
技术公布日：2017.12.12